[go: up one dir, main page]

RU2723970C1 - N-channel linear converter of electromagnetic signals and method of realizing multichannel linear conversion - Google Patents

N-channel linear converter of electromagnetic signals and method of realizing multichannel linear conversion Download PDF

Info

Publication number
RU2723970C1
RU2723970C1 RU2019127402A RU2019127402A RU2723970C1 RU 2723970 C1 RU2723970 C1 RU 2723970C1 RU 2019127402 A RU2019127402 A RU 2019127402A RU 2019127402 A RU2019127402 A RU 2019127402A RU 2723970 C1 RU2723970 C1 RU 2723970C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elements
channel
phase shift
channels
phase
Prior art date
Application number
RU2019127402A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Юрьевич Сайгин
Иван Викторович Дьяконов
Станислав Сергеевич Страупе
Илья Викторович Кондратьев
Сергей Павлович Кулик
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2019127402A priority Critical patent/RU2723970C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723970C1 publication Critical patent/RU2723970C1/en
Priority to PCT/RU2020/050210 priority patent/WO2021040579A1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to methods of creating devices which perform linear conversion of electromagnetic signals between a large number of channels. Invention is an N-channel linear converter of electromagnetic signals, where N>2, comprising N channels for signals and M signal mixing units, each of which includes N inputs and N outputs and is characterized by a transfer matrix with complex elements of modulus less than 1, wherein mixing units are connected in series, and at least one input and one output of at least one mixing unit comprises a phase shift element, wherein the mixing units are made with transfer matrices, for which the ratio of at least two corresponding elements of the transfer matrices of at least two mixing units is different from 1, and at the input of at least one mixing unit the number of phase shift elements does not exceed N-2 and the signal conversion method used by the converter.EFFECT: reduced density of arrangement of tunable elements, leading to reduced effect of undesirable cross-interactions.15 cl, 1 tbl, 12 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к способам создания устройств, осуществляющих линейные преобразования электромагнитных сигналов между большим числом каналов. Изобретение может быть использовано при изготовлении отдельных элементов коммуникационных и вычислительных сетей, обслуживающих большое число абонентов и вычислительных узлов; эти сети могут быть как классическими, так и квантовыми. Также изобретение может быть использовано для создания устройств анализа и синтеза пространственных многомодовых световых полей.The invention relates to methods for creating devices that perform linear transformations of electromagnetic signals between a large number of channels. The invention can be used in the manufacture of individual elements of communication and computer networks serving a large number of subscribers and computing nodes; these networks can be both classical and quantum. Also, the invention can be used to create devices for the analysis and synthesis of spatial multimode light fields.

Уровень техникиState of the art

Линейные преобразования электромагнитных сигналов используют в фундаментальных исследованиях, и они также незаменимы при создании прикладных устройств. Они играют большую роль в реализациях многих прикладных подходов по обработке, получению и передаче информации. Линейные преобразования между двумя сигналами могут быть реализованы с помощью одного делителя и двух элементов фазового сдвига - основных базовых операций, для которых существуют практические реализации в разных типах систем.Linear transformations of electromagnetic signals are used in basic research, and they are also indispensable when creating application devices. They play a large role in the implementation of many applied approaches for processing, receiving and transmitting information. Linear transformations between two signals can be implemented using one divider and two phase shift elements - the basic basic operations for which there are practical implementations in different types of systems.

Из уровня техники известен способ реализации линейных преобразований между двумя каналами, конфигурацию которого можно менять произвольным образом, таким образом, получая все возможные преобразования данной размерности. Такой способ использует двухканальный интерферометр, состоящий из двух последовательно соединенных сбалансированных статических элементов делителей и двух элементов фазовых сдвигов, которые можно варьировать для получения нужного преобразования (М. Рэк с соавторами, «Экспериментальная реализация любого дискретного унитарного оператора» // Phys. Rev. Lett. Т. 73, №1, С. 58 (1994)).The prior art method for implementing linear transformations between two channels, the configuration of which can be changed arbitrarily, thus obtaining all possible transformations of a given dimension. This method uses a two-channel interferometer consisting of two series-connected balanced static elements of dividers and two elements of phase shifts, which can be varied to obtain the desired transformation (M. Rack et al., “Experimental implementation of any discrete unitary operator” // Phys. Rev. Lett T. 73, No. 1, S. 58 (1994)).

Недостатком такого способа является высокая чувствительность качества преобразования к отклонениям статических элементов делителей от сбалансированных значений, типично возникающих при реализации этих элементов на практике. Результатом отклонений является невозможность осуществить любое двухканальное преобразование, что связано с потерей универсальности устройства.The disadvantage of this method is the high sensitivity of the conversion quality to deviations of the static elements of the dividers from the balanced values typically occurring when these elements are put into practice. The result of the deviations is the inability to carry out any two-channel conversion, which is associated with the loss of universality of the device.

Известен универсальный способ осуществления многоканальных линейных преобразований с помощью объединения друг с другом двухканальных преобразований, раскрытый в работах М. Рэка с соавторами, «Экспериментальная реализация любого дискретного унитарного оператора» // Phys. Rev. Lett. Т. 73, №1, С. 58 (1994) и В.Р. Клеменса с соавторами, «Оптимальный дизайн универсальных многопортовых интерферометров» // Optica, Т. 3, №12, С. 1460 (2016). Этот способ позволяет конструировать произвольные линейные преобразования, соединяя друг с другом двухканальные преобразования, упомянутые выше, и надлежащим выбором параметров этих двухканальных преобразований. Суть способа заключается в соединении друг за другом множества слоев преобразований, каждый из которых содержит множество двухканальных преобразований, действующих независимо друг от друга. Фиг. 1 иллюстрирует схему планарного массива для случаев четного числа каналов N(a) и нечетного числа каналов N(6), предложенного в работе В.Р. Клеменса с соавторами, «Оптимальный дизайн универсальных многопортовых интерферометров» // Optica, Т. 3, №12, С. 1460 (2016). В схеме можно выделить N слоев (1), каждый из которых составлен из нескольких 2-канальных блоков (2), осуществляющих одновременное преобразование. Число 2-канальных блоков (2) в каждом слое зависит от общего числа каналов схемы N и от порядкового индекса слоя. При четном N, число 2-канальных блоков в каждом слое одинаково и равно (N-1)/2. При нечетном N, число 2-канальных блоков в слое изменяется от слоя к слою и может принимать значения N/2 и N/2-1. Общее число блоков, составляющих многоканальную схему, во всех случаях равно N(N-1)/2. 2-канальный блок, использующийся в таких многоканальных схемах, изображен на фиг. 2 и представляет собой интерферометр Маха-Цандера, состоящий из двух статических сбалансированных делителей и двух варьируемых фазовых сдвигов - θ и ϕ.There is a universal method for implementing multichannel linear transformations by combining two-channel transformations with each other, disclosed in the works of M. Rack et al, “Experimental implementation of any discrete unitary operator” // Phys. Rev. Lett. T. 73, No. 1, S. 58 (1994) and V.R. Clemens et al., “Optimal Design of Universal Multiport Interferometers” // Optica, T. 3, No. 12, P. 1460 (2016). This method allows the construction of arbitrary linear transformations, connecting together the two-channel transforms mentioned above, and the proper selection of the parameters of these two-channel transforms. The essence of the method is to connect one after another many layers of transformations, each of which contains many two-channel transformations acting independently from each other. FIG. 1 illustrates a planar array scheme for cases of an even number of channels N (a) and an odd number of channels N (6), proposed by V.R. Clemens et al., “Optimal Design of Universal Multiport Interferometers” // Optica, T. 3, No. 12, P. 1460 (2016). In the scheme, N layers (1) can be distinguished, each of which is composed of several 2-channel blocks (2) performing simultaneous conversion. The number of 2-channel blocks (2) in each layer depends on the total number of circuit channels N and on the ordinal index of the layer. With even N, the number of 2-channel blocks in each layer is the same and equal to (N-1) / 2. With odd N, the number of 2-channel blocks in a layer varies from layer to layer and can take the values N / 2 and N / 2-1. The total number of blocks making up the multichannel circuit is in all cases N (N-1) / 2. The 2-channel unit used in such multi-channel circuits is shown in FIG. 2 and is a Mach-Zander interferometer consisting of two static balanced dividers and two variable phase shifts - θ and ϕ.

Недостатком такого универсального способа является высокая чувствительность качества многоканального преобразования к отклонениям в параметрах, составляющих двухканальные преобразования. Результатом этого являются повышенные требования к качеству изготовления схем и уменьшение класса доступных многоканальных преобразований, в результате чего нельзя реализовать произвольные преобразования заданной размерности. На фиг. 3 представлена схема неидеального 2-канального элемента интерферометра Маха-Цандера со статическими делителями, характеризуемыми параметрами разбалансировки α и β.The disadvantage of this universal method is the high sensitivity of the quality of the multi-channel conversion to deviations in the parameters that make up the two-channel conversion. The result is increased requirements for the quality of manufacturing circuits and a decrease in the class of available multi-channel transformations, as a result of which it is impossible to implement arbitrary transformations of a given dimension. In FIG. Figure 3 shows a diagram of a non-ideal 2-channel element of the Mach-Zander interferometer with static dividers characterized by unbalance parameters α and β.

Известен способ уменьшения влияния ошибок, возникающих в двухканальных преобразованиях, на качество преобразования, предложенный в работе Д.А.Б. Миллера, «Идеальная оптика с неидеальными компонентами» // Optica, Т. 2, №8, С. 747(2015). Такой способ основан на модификации двухканальных интерферометров, из которых составлены оптические схемы, сконструированными известными способами. При модификации в каждом из двухканальных интерферометров заменяют статические элементы делителей на двухканальные интерферометры. В результате схема интерферометра содержит дополнительные элементы, и глубина схемы возрастает в 2 раза, а вместе с этим в 2 раза увеличивается число варьируемых элементов.A known method of reducing the influence of errors arising in two-channel transformations on the quality of the conversion proposed in the work of D.A. Miller, “Ideal optics with non-ideal components” // Optica, Vol. 2, No. 8, P. 747 (2015). This method is based on the modification of two-channel interferometers, of which the optical circuits are composed, constructed by known methods. Upon modification, in each of the two-channel interferometers, the static elements of the dividers are replaced by two-channel interferometers. As a result, the interferometer circuit contains additional elements, and the depth of the circuit increases by a factor of 2, and with it the number of variable elements increases by a factor of 2.

Недостатком этого способа является необходимость использования дополнительных элементов преобразований, в результате чего число элементов и глубина схемы возрастает, усложняя практическую реализацию всего преобразования. С увеличением глубины схемы возрастают потери и занимаемая ею площадь. Помимо этого, реконфигурация таких схем требует варьирования большего числа элементов, что делает контроль за схемой сложным.The disadvantage of this method is the need to use additional transformation elements, as a result of which the number of elements and the depth of the circuit increases, complicating the practical implementation of the entire transformation. With increasing depth of the circuit, the losses and the area occupied by it increase. In addition, reconfiguration of such circuits requires varying a larger number of elements, which makes monitoring the circuit difficult.

Известен многоканальный линейный преобразователь и способ осуществления произвольного многоканального линейного преобразования, предложенный в работе J. Zhou, J. Wu, Q. Hu, «Tunable arbitrary unitary transformer based on multiple sections of multicore fibers with phase control)) // Optics Express, vol. 26, No. 3, 3020 (2018). Способ основан на использовании многоканальных блоков постоянных преобразований, представляющих собой области связанных друг с другом близко расположенных волноводов, и слоев варьируемых фазовых набегов, располагаемых между блоками, перед первым и после последнего из них.Known multichannel linear Converter and a method for implementing an arbitrary multichannel linear transformation, proposed by J. Zhou, J. Wu, Q. Hu, “Tunable arbitrary unitary transformer based on multiple sections of multicore fibers with phase control)) // Optics Express, vol . 26, No. 3, 3020 (2018). The method is based on the use of multi-channel blocks of constant transformations, which are regions of closely spaced waveguides connected to each other, and layers of variable phase raids located between the blocks, before the first and after the last of them.

Недостатком известного решения является необходимость одновременного управления большим числом фаз в каждом фазовом слое, что приводит к необходимости размещения варьируемых фазовых элементов во всех каналах преобразования параллельно друг другу. В результате этого геометрия схемы требует плотного размещения большого числа элементов фазовых сдвигов близко друг к другу, приводя к повышению нежелательного взаимного взаимодействия. Еще одним недостатком известного способа является сложность в изготовлении варьируемых фазовых элементов в трехмерных волноводных схемах, т.к. это предполагает размещение этих элементов под внешним слоем волноводов.A disadvantage of the known solution is the need to simultaneously control a large number of phases in each phase layer, which leads to the need to place variable phase elements in all conversion channels parallel to each other. As a result of this, the geometry of the circuit requires the dense placement of a large number of elements of phase shifts close to each other, leading to an increase in undesirable mutual interaction. Another disadvantage of this method is the difficulty in manufacturing variable phase elements in three-dimensional waveguide circuits, because this involves placing these elements under the outer layer of the waveguides.

Известен способ осуществления многоканального линейного оптического преобразования, основанный на распространении многомодовых оптических полей через свободное пространство и их преобразование с помощью фазовых модуляторов света, предложенный в работе Yu. Wang et al. ((Programmable holographic technique for implementing unitary and nonunitary transformations)) // Phys. Rev. A, vol. 95, 033827 (2017).A known method of implementing multi-channel linear optical conversion, based on the propagation of multimode optical fields through free space and their conversion using phase light modulators, proposed in Yu. Wang et al. ((Programmable holographic technique for implementing unitary and nonunitary transformations)) // Phys. Rev. A, vol. 95, 033827 (2017).

Недостатком этого способа является низкая эффективность многоканального преобразования, выражающаяся, в частности, в высоком уровне потерь. Также недостатком является его непрактичность при реализации.The disadvantage of this method is the low efficiency of multichannel conversion, expressed, in particular, in a high level of losses. Another disadvantage is its impracticality in implementation.

Известен способ осуществления многоканального линейного преобразования, позволяющий сортировать оптические сигналы, поступающие на вход преобразования, в выходные каналы в соответствии с угловым моментом входного сигнала, который предложен в изобретении CN 106301595 В. Такой способ использует каскад многоканальных преобразований, каждый этап которого может состоять из блоков преобразований меньшей размерности, действующих одновременно и независимо друг от друга.There is a method of implementing multi-channel linear conversion, which allows you to sort the optical signals received at the input of the conversion into output channels in accordance with the angular momentum of the input signal, which is proposed in the invention of CN 106301595 B. This method uses a cascade of multi-channel transforms, each stage of which can consist of blocks transformations of smaller dimension, acting simultaneously and independently from each other.

Недостатком этого изобретения является возможность осуществления только узкого класса многоканальных преобразований, что делает его неспособным выполнить произвольное многоканальное преобразование.The disadvantage of this invention is the ability to implement only a narrow class of multichannel transformations, which makes it incapable of performing arbitrary multichannel transformations.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство и способ реализации произвольных преобразований, предложенный в работе R. Tang, Т. Tanemura, Y. Nakano, Integrated reconfigurable unitary optical mode converter using MMI couplers, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 29, No 12, 971-974 (2017), который основан на реализации постоянных многоканальных блоков преобразований в виде планарных интегральных оптических схем и варьируемых набегов фаз, располагаемых параллельно между постоянными блоками, а также перед первым и после последнего из них.Closest to the claimed technical solution is a device and method for implementing arbitrary transformations proposed by R. Tang, T. Tanemura, Y. Nakano, Integrated reconfigurable unitary optical mode converter using MMI couplers, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 29, No. 12, 971-974 (2017), which is based on the implementation of constant multi-channel conversion units in the form of planar integrated optical circuits and variable phase incursions located in parallel between the constant units, as well as before the first and after the last of them.

Недостатком такого способа является использование только определенного вида постоянных многоканальных блоков в виде планарных интегральных оптических многомодовых интерференционных элементов и варьируемых слоев фаз в количестве на один меньше общего числа каналов преобразования. В результате фазовых ограничений геометрия схемы требует плотного размещения большого числа элементов фазовых сдвигов близко друг к другу, приводя к повышению нежелательного взаимного взаимодействия.The disadvantage of this method is the use of only a certain type of permanent multichannel blocks in the form of planar integrated optical multimode interference elements and variable phase layers in the amount of one less than the total number of conversion channels. As a result of phase constraints, the geometry of the circuit requires a dense arrangement of a large number of elements of phase shifts close to each other, leading to an increase in undesirable mutual interaction.

Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является высокая плотность расположения элементов фазового сдвига, которая приводит к негативному эффекту взаимного воздействия между близко расположенными элементами в системах на основе пространственного кодирования каналов. В таких системах большое число элементов фазового сдвига приводит к высокой концентрации выделяемой мощности, что налагает высокие требования на ее устойчивость к тепловым и/или электрическим воздействиям. В случае систем на основе временного или частотного кодирования каналов решаемой технической проблемой является необходимость одновременного использования большого числа компонентов, реализующих фазовые сдвиги, а также необходимую высокую частоту их последовательного использования, что проблематично при большом числе каналов.The technical problem solved by the claimed invention is the high density of the phase shift elements, which leads to a negative effect of mutual influence between closely spaced elements in systems based on spatial channel coding. In such systems, a large number of phase shift elements leads to a high concentration of released power, which imposes high requirements on its resistance to thermal and / or electrical influences. In the case of systems based on time or frequency channel coding, the technical problem to be solved is the need to use a large number of components implementing phase shifts simultaneously, as well as the necessary high frequency of their sequential use, which is problematic with a large number of channels.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом изобретения является уменьшение плотности расположения варьируемых фазовых элементов в схемах с пространственным кодированием и за счет этого снижение взаимного воздействия, которое возникает в виде теплового, электрического воздействия или воздействия механических напряжений между близко расположенными элементами при использовании для осуществления фазовых сдвигов термо-оптического, электро-оптическиго или пьезо-электрического эффектов, соответственно. Помимо этого, снижение плотности элементов позволяет снизить максимальные концентрации тепловой и/или электрической энергии и/или энергии механических напряжений в схеме. Данное обстоятельство позволяет увеличить максимально возможное число каналов линейного преобразователя, которое можно осуществить используемой технологией. Следствием снижения концентрации энергии в схеме является также увеличение срока службы устройств многоканальных линейных преобразователей.The technical result of the invention is to reduce the density of the location of the variable phase elements in circuits with spatial coding and thereby reduce the mutual influence that occurs in the form of thermal, electrical stress or mechanical stress between closely spaced elements when used for phase shifts of thermo-optical, electro Optical or piezoelectric effects, respectively. In addition, a decrease in the density of elements allows to reduce the maximum concentration of thermal and / or electrical energy and / or energy of mechanical stresses in the circuit. This circumstance allows you to increase the maximum possible number of channels of the linear Converter, which can be implemented using the technology used. A consequence of the reduction in energy concentration in the circuit is also an increase in the service life of multichannel linear converters.

В системах с временным и частотным кодированием заявляемое решение позволяет уменьшить число одновременно работающих компонентов фазовых сдвигов, что дает возможность уменьшить их используемое число. Помимо этого, для таких систем изобретение позволяет снизить частоты работы компонентов фазовых сдвигов, снижая тем самым предъявляемые к ним требования и увеличивая максимально возможное число каналов линейного преобразователя, которое можно осуществить используемой технологией. Следствием снижения частоты использования оптических элементов является также увеличение срока службы устройств многоканальных линейных преобразователей.In systems with time and frequency coding, the claimed solution allows to reduce the number of simultaneously working components of phase shifts, which makes it possible to reduce their used number. In addition, for such systems, the invention allows to reduce the frequency of operation of the components of the phase shifts, thereby reducing the requirements for them and increasing the maximum possible number of channels of the linear Converter, which can be implemented using the technology. The consequence of reducing the frequency of use of optical elements is also an increase in the service life of devices of multichannel linear converters.

Технический результат достигается за счет использования N-канального линейного преобразователя электромагнитных сигналов, где N>2, включающий N каналов для сигналов и М блоков смешения сигналов, каждый из которых включает N входов и N выходов и характеризуется передаточной матрицей (или матрицей рассеяния) с комплексными элементами, по модулю меньшими 1, при этом блоки смешения соединены последовательно, и, по меньшей мере, на одном входе и на одном выходе, по меньшей мере, одного блока смешения размещен элемент сдвига фазы, при этом блоки смешения выполнены с передаточными матрицами, для которых отношение, по крайней мере, двух соответствующих элементов передаточных матриц, по крайней мере, двух блоков смешения отлично от 1, а на входе, по крайней мере, одного блока смешения количество элементов сдвига фазы не превышает N-2.The technical result is achieved through the use of an N-channel linear converter of electromagnetic signals, where N> 2, including N channels for signals and M signal mixing blocks, each of which includes N inputs and N outputs and is characterized by a transfer matrix (or scattering matrix) with complex elements modulo less than 1, while the mixing units are connected in series, and at least one input and one output of at least one mixing unit has a phase shift element, while the mixing units are made with transfer matrices, for which the ratio of at least two corresponding elements of the transfer matrices, at least two mixing units is different from 1, and at the input of at least one mixing unit the number of phase shift elements does not exceed N-2.

Количество каналов и блоков смешения могут быть выбраны исходя их соотношения: N≤М≤N2-2. Количество каналов и блоков смешения в одном из возможных вариантов осуществления N-канального линейного преобразователя составляет N2-2, при этом все сдвиги фаз размещены на одном канале.The number of channels and mixing units can be selected based on their ratio: N≤M≤N 2 -2. The number of channels and mixing units in one of the possible embodiments of an N-channel linear converter is N 2 -2, while all phase shifts are placed on one channel.

Блок смешения может быть выбран с передаточной матрицей, в которой сумма квадратов модулей элементов в каждом столбце не превышает 1 и в каждой строке не превышает 1. В качестве передаточной матрицы может быть выбрана унитарная матрица. Наилучший результат достигается, когда по крайней мере в одной передаточной матрице столбцы попарно ортогональны и строки попарно ортогональны. Блоки смешения могут характеризоваться передаточными матрицами со случайно распределенными элементами.The mixing unit may be selected with a transfer matrix in which the sum of the squares of the unit modules in each column does not exceed 1 and in each row does not exceed 1. A unitary matrix can be selected as the transfer matrix. The best result is achieved when the columns in at least one transfer matrix are pairwise orthogonal and the rows are pairwise orthogonal. Mixing units can be characterized by transfer matrices with randomly distributed elements.

N-канальный линейный преобразователь может быть выполнен в виде планарной или объемной интегральной оптической схемы, где в качестве каналов выбраны оптические волноводы, а в качестве элементов сдвига фазы выбраны термооптические или электрооптические или пьезооптические фазосдвигающие элементы. В качестве каналов могут быть использованы частотные или временные каналы. Каналы могут быть реализованы в виде волноводов или приемо-передающих устройств в свободном пространстве. В качестве волноводов могут быть использованы оптоволокно, или коаксиальные кабели, или полые волноводы.An N-channel linear converter can be made in the form of a planar or volume integrated optical circuit, where optical waveguides are selected as channels, and thermo-optical or electro-optical or piezoelectric phase-shifting elements are selected as phase shift elements. As channels, frequency or time channels can be used. Channels can be implemented in the form of waveguides or transceivers in free space. Optical fibers, or coaxial cables, or hollow waveguides can be used as waveguides.

Технический результат достигается также в способе выполнения N-канального линейного преобразования, заданного матрицей линейного преобразования U0, над электромагнитным сигналом, включающий:The technical result is also achieved in a method for performing an N-channel linear transformation, specified by a linear transformation matrix U 0 , on an electromagnetic signal, including:

A. Выбор М блоков смешения, характеризующихся матрицами передачи с элементами, модуль которых лежит в интервале от

Figure 00000001
до
Figure 00000002
;A. Selection of M mixing units characterized by transfer matrices with elements whose modulus lies in the range from
Figure 00000001
before
Figure 00000002
;

B. Последовательное соединение выбранных блоков в произвольном порядке;B. Serial connection of selected blocks in random order;

C. Выбор элементов сдвига фазы в количестве, не превышающим (N-2)(M+1);C. Selection of phase shift elements in an amount not exceeding (N-2) (M + 1);

D. Размещение элементов сдвига фазы на входе и/или выходе блоков смешения на одном или нескольких каналах (не более N-2), выбранных произвольным образом;D. Placement of phase shift elements at the input and / or output of the mixing units on one or more channels (no more than N-2), chosen arbitrarily;

E. Определение передаточной матрицы U1 каскадного соединения блоков смешения с элементами сдвига фазы;E. Determination of the transfer matrix U 1 of the cascade connection of the mixing units with the elements of the phase shift;

F. Определение значений сдвигов фаз на каждом из элементов сдвига фазы посредством вычисления координат глобального максимума функцииF. Determination of phase shift values on each of the phase shift elements by calculating the coordinates of the global maximum of the function

Figure 00000003
Figure 00000003

требующего определение передаточной матрицы U1 из шага Е несколько раз, где Tr(А) обозначает операцию взятия следа матрицы А;requiring the determination of the transfer matrix U 1 from step E several times, where Tr (A) denotes the operation of taking a trace of matrix A;

G. Обеспечение сдвига фаз на элементах сдвига фазы полученного каскадного соединения блоков смешения в соответствии с полученными значениями;G. Providing a phase shift on the elements of the phase shift of the obtained cascade connection of the mixing units in accordance with the obtained values;

H. Подачу электромагнитного сигнала на вход полученного каскадного соединения с заданными значениями сдвига фаз с получением на выходе преобразованного электромагнитного сигнала в соответствии с заданной матрицей линейного преобразования U0 H. The supply of an electromagnetic signal to the input of the obtained cascade connection with the specified values of the phase shift to obtain the converted electromagnetic signal at the output in accordance with the given linear transformation matrix U 0

Передаточную матрицу U1, каскадного соединения блоков смешения с элементами сдвига фазы определяют по формуле:The transfer matrix U 1 , the cascade connection of the mixing units with the elements of the phase shift is determined by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Vm - передаточная матрица блока с индексом m, Ф(m) - передаточная матрица фазового слоя с индексом m, имеющая диагональный вид

Figure 00000005
, где
Figure 00000006
- фаза, внесенная в j-й канал слоя с индексом m.where V m is the transfer matrix of the block with index m, Ф (m) is the transfer matrix of the phase layer with index m, having the diagonal form
Figure 00000005
where
Figure 00000006
is the phase introduced into the jth channel of the layer with index m.

Передаточную матрицу U1 каскадного соединения блоков смешения с элементами сдвига фазы определяют путем измерения - подачи тестовых сигналов на вход каскадного соединения и измерения сигналов на выходе.The transfer matrix U 1 of the cascade connection of the mixing units with the elements of the phase shift is determined by measuring - applying test signals to the input of the cascade connection and measuring the signals at the output.

Сдвиг фаз на элементах сдвига фазы обеспечивают посредством подачи управляющего напряжения на элементы сдвига фазы, вызывающего локальное изменение показателя преломления в области расположения этого элемента за счет термооптического, электрооптического или пьезоэлектрического эффекта.The phase shift on the elements of the phase shift is provided by applying a control voltage to the elements of the phase shift, causing a local change in the refractive index in the region of this element due to the thermo-optical, electro-optical or piezoelectric effect.

Таким образом, технический результат достигается за счет снижения числа элементов сдвигов фазы, располагаемых в одном фазовом слое, и произвольного их расположения в нем, что сопровождается уменьшением плотности выделяемой мощности в схеме с пространственным способом кодирования каналов или частоты использования активных элементов в схемах с временным и частотным кодированием. Технический результат достигается также за счет возможности выбора статических блоков смешения из большого набора, характеризуемого бесконечным набором передаточных матриц, используя критерий минимума потерь или другой характеристики.Thus, the technical result is achieved by reducing the number of phase shift elements located in one phase layer and their arbitrary location in it, which is accompanied by a decrease in the density of the allocated power in a circuit with a spatial channel coding method or the frequency of use of active elements in circuits with temporary and frequency coding. The technical result is also achieved due to the possibility of choosing static mixing units from a large set, characterized by an infinite set of transfer matrices, using the criterion of minimum losses or other characteristics.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1-6 приведены поясняющие уровень техники изображения и схемы, а именно:In FIG. 1-6 shows explanatory of the prior art images and diagrams, namely:

На фиг. 1 изображены известные из уровня техники планарные схемы универсального многоканального линейного преобразования для случая N каналов, состоящие из N слоев (1), каждый из которых состоит из независимых блоков преобразований (2), осуществляющих преобразования между двумя каналами. На фиг. 1а представлена схема с четным числом каналов N, а на фиг. 1б - с нечетным числом каналов N. Позициями на чертежах обозначены: 1 - слой схемы многоканального линейного преобразования, 2 - блок двухканального преобразования из слоя 1.In FIG. 1, planar schemes of universal multichannel linear conversion for the case of N channels, consisting of N layers (1), each of which consists of independent transformation units (2) that perform conversions between two channels, are shown in the prior art. In FIG. 1a is a diagram with an even number of channels N, and in FIG. 1b - with an odd number of channels N. Positions in the drawings indicate: 1 - layer circuit multichannel linear conversion, 2 - block two-channel conversion from layer 1.

На фиг. 2 схематически представлен вариант реализации блока преобразования (элементарного двухканального) 2(a). На фиг. 2(б) представлен блок преобразования, включающий делитель 4, характеризуемый угловым параметром θ, который определяет коэффициент деления, и элемент 3 фазового сдвига ϕ в одном из каналов. На фиг. 2 (в) представлен известный из уровня техники вариант реализации реконфигурируемого преобразования с использованием интерферометра (5), использующий два постоянных элемента сбалансированного делителя 4 и два варьируемых элемента фазового сдвига 3, с помощью которых можно управлять параметрами преобразования θ и ϕ.In FIG. 2 schematically shows an embodiment of a transform unit (elementary two-channel) 2 (a). In FIG. 2 (b) a conversion unit is presented, including a divider 4, characterized by an angular parameter θ that determines the division coefficient, and a phase shift element 3 ϕ in one of the channels. In FIG. 2 (c) presents a prior art embodiment of a reconfigurable conversion using an interferometer (5), using two constant elements of a balanced divider 4 and two variable phase shift elements 3, with which you can control the transformation parameters θ and ϕ.

На фиг. 3 представлен известный из уровня техники вариант реализации блока преобразования в виде реконфигурируемого интерферометра Маха-Цандера (5) с постоянными элементами делителей 4, являющегося элементом (2) многоканальных схем, созданным известными методами. В реальной ситуации элементы делителей не являются сбалансированными, как требуют известные методы. Степень дисбаланса этих элементов обозначены параметрами α и β.In FIG. 3 shows a prior art embodiment of a conversion unit in the form of a reconfigurable Mach-Zander interferometer (5) with constant elements of dividers 4, which is an element (2) of multi-channel circuits created by known methods. In a real situation, the elements of the dividers are not balanced, as known methods require. The degree of imbalance of these elements is indicated by the parameters α and β.

На фиг. 4 представлены гистограммы распределения степени соответствия преобразования 8-канального интерферометра, построенного по известной схеме, изображенной на фиг. 1, составленного из двухканальных блоков 6 с внесенными дисбалансами. Гистограммы получены с помощью генерации 1000 произвольных унитарных матриц и численного поиска параметров варьируемых фаз у каждого из 2-канальных блоков, которые отвечают максимальной мере соответствия. Использовались 3 модели дисбалансов (см. текст далее).In FIG. 4 shows histograms of the distribution of the degree of correspondence of the conversion of an 8-channel interferometer constructed according to the well-known scheme depicted in FIG. 1, composed of two-channel blocks 6 with imbalances introduced. Histograms were obtained by generating 1000 arbitrary unitary matrices and numerically searching for the parameters of the variable phases for each of the 2-channel blocks that correspond to the maximum measure of compliance. 3 imbalance models were used (see text below).

На фиг. 5 изображена известная многоканальная оптическая схема, использующая в качестве постоянных многоканальных блоков смешения области связи между близко расположенными волноводами (6) и фазовые слои (7), содержащие N-1 фаз, где N - число каналов преобразования.In FIG. 5 depicts a well-known multi-channel optical scheme using, as constant multi-channel mixing blocks, the communication regions between closely spaced waveguides (6) and phase layers (7) containing N-1 phases, where N is the number of conversion channels.

На фиг. 6 изображена архитектура многоканальных схем, использующая постоянные блоки смешения Vj (8), в общем случае осуществляющие преобразования между всеми N каналами, и слои сдвигов фаз Ф(m) (7), которые могут варьировать N-1 фаз. Постоянные многоканальные блоки и варьируемые фазовые слои располагаются попеременно.In FIG. Figure 6 shows the architecture of multi-channel circuits using constant mixing units V j (8), in the general case, performing transformations between all N channels, and layers of phase shifts Ф (m) (7), which can vary N-1 phases. Permanent multi-channel blocks and variable phase layers are arranged alternately.

На фиг. 7-12 приведены рисунки, поясняющие заявляемое изобретения:In FIG. 7-12 are drawings illustrating the claimed invention:

На фиг. 7 изображена архитектура многоканальных схем, использующая постоянные блоки смешения Vj (8), в общем случае осуществляющие преобразования между всеми N каналами, и слои сдвигов фаз Ф(m) (9), которые могут варьировать N-2 фаз. Постоянные многоканальные блоки и варьируемые фазовые слои располагаются попеременно.In FIG. Figure 7 shows the architecture of multi-channel circuits using constant mixing units V j (8), in the general case, performing transformations between all N channels, and layers of phase shifts Ф (m) (9), which can vary N-2 phases. Permanent multi-channel blocks and variable phase layers are arranged alternately.

На фиг. 8 изображена многоканальная схема с постоянными блоками смешения 8, в которой число варьируемых фаз в фазовом слое (10) и их размещение в каждом слое может быть произвольным. Число многоканальных блоков 8 в этой схеме равно N+K, а число фазовых слоев N+K+1, где K определяется числом варьируемых фазовых параметров, необходимых для универсальности схемы.In FIG. 8 shows a multi-channel circuit with constant mixing units 8, in which the number of variable phases in the phase layer (10) and their placement in each layer can be arbitrary. The number of multi-channel blocks 8 in this circuit is N + K, and the number of phase layers is N + K + 1, where K is determined by the number of variable phase parameters necessary for the universality of the circuit.

На фиг. 9 изображена многоканальная схема с постоянными блоками 8, в которой число варьируемых фаз в каждом фазовом слое (11) равно 1, а число таких слоев N2 - 1.In FIG. 9 shows a multi-channel circuit with constant blocks 8, in which the number of variable phases in each phase layer (11) is 1, and the number of such layers is N 2 - 1.

На фиг. 10 представлены гистограммы распределения параметра качества преобразования интерферометров, изображенных на фиг. 5, составленных из постоянных многоканальных блоков, взятых случайным образом. Гистограммы получены численной оптимизацией варьируемых фазовых слоев для набора из 1000 случайных унитарных матриц, для каждой из которых постоянные блоки генерировались также случайным образом. Число каналов преобразований выбиралось N=10 (а) и N=30 (б).In FIG. 10 shows histograms of the distribution of the conversion quality parameter of the interferometers depicted in FIG. 5, composed of permanent multi-channel blocks taken at random. Histograms were obtained by numerical optimization of variable phase layers for a set of 1000 random unitary matrices, for each of which constant blocks were also generated randomly. The number of transformation channels was chosen N = 10 (a) and N = 30 (b).

На фиг. 11 представлены гистограммы параметра качества преобразования многоканального интерферометра, изображенного на фиг. 9 для N=10 и N=20 с числом фазовых слоев N2 - 1.In FIG. 11 shows histograms of the conversion quality parameter of the multi-channel interferometer shown in FIG. 9 for N = 10 and N = 20 with the number of phase layers N 2 - 1.

На фиг. 12 а, б и в представлены три типа схем перестраиваемых трехканальных интерферометров, соответствующие общим схемам, изображенным на фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9, соответственно, которые были реализованы авторами методом фемтосекундной лазерной печати.In FIG. 12 a, b and c show three types of tunable three-channel interferometer circuits corresponding to the general circuits shown in FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9, respectively, which were implemented by the authors by the method of femtosecond laser printing.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

В изобретении речь идет о преобразователях электромагнитных полей, которые могут принадлежать к разным диапазонам длин волн - от радио- до оптического.The invention relates to transducers of electromagnetic fields, which can belong to different wavelength ranges - from radio to optical.

Для более однозначного понимания сущности заявленного изобретения ниже представлены основные термины и определения, используемые в рамках настоящего описания.For a more unambiguous understanding of the essence of the claimed invention, the following are the main terms and definitions used in the framework of the present description.

Каналом преобразования называют любую степень свободы электромагнитного поля, которой можно однозначно поставить в соответствие независимый сигнал, характеризуемый комплексной амплитудой. Для большей ясности выделим отдельно следующие степени свободы, которые могут являться каналом преобразования: 1) пространственной степенью свободы поля может являться мода одномодового волновода, по которому может распространяться электромагнитный сигнал. В таком случае несколько одномодовых волноводов образуют множество каналов. Также пространственным каналом может выступать пространственная одна мода многомодового волновода или одна мода свободного пространства. В этом случае несколько пространственных мод одного многомодового волновода или несколько мод свободного пространства формируют множество независимых каналов. 2) Частотной степенью свободы поля выступают отдельные линии частотного спектра. Набор неперекрывающихся спектральных линий образует множество каналов. 3) Временной степенью свободы является заданный отрезок времени, характеризуемый временным отчетом его начала и конца. Наличие электромагнитного сигнала в этом отрезке времени трактуется как наличие сигнала в этом канале. Таким образом набор отрезков времени образует множество каналов. В соответствии с тем, какая из обозначенных степеней свободы электромагнитного поля используется для кодирования информации, говорят о пространственном, частотном и временном каналах.A conversion channel is called any degree of freedom of the electromagnetic field, which can be uniquely associated with an independent signal characterized by a complex amplitude. For clarity, we separately distinguish the following degrees of freedom, which can be a transformation channel: 1) the spatial degree of freedom of the field can be a mode of a single-mode waveguide, along which an electromagnetic signal can propagate. In this case, several single-mode waveguides form many channels. Also, the spatial channel may be the spatial one mode of a multimode waveguide or one mode of free space. In this case, several spatial modes of one multimode waveguide or several modes of free space form many independent channels. 2) The frequency degrees of freedom of the field are individual lines of the frequency spectrum. A set of non-overlapping spectral lines forms many channels. 3) A temporary degree of freedom is a given period of time, characterized by a temporary report of its beginning and end. The presence of an electromagnetic signal in this period of time is interpreted as the presence of a signal in this channel. Thus, a set of time segments forms many channels. In accordance with which of the indicated degrees of freedom of the electromagnetic field is used to encode information, they talk about spatial, frequency and time channels.

Линейным N-канальным преобразованием называют преобразование, осуществляемое между N каналами, действие которого можно описать линейным законом:A linear N-channel transform is a transform between N channels, the action of which can be described by a linear law:

Figure 00000007
Figure 00000007

где N - число каналов преобразования,

Figure 00000008
- комплексные амплитуды на входе преобразования,
Figure 00000009
- комплексные амплитуды на выходе преобразования. Здесь индексы j и k принимают значения от 1 до N. В(1.1) комплексные коэффициенты Ukj формируют матрицу U размерности N×N, которая и определяет конкретное линейное преобразование. Выражение (1.1) может быть представлено в матричном виде:where N is the number of conversion channels,
Figure 00000008
- complex amplitudes at the input of the conversion,
Figure 00000009
- complex amplitudes at the output of the conversion. Here, the indices j and k take values from 1 to N. In (1.1), the complex coefficients U kj form an N × N matrix U, which defines a specific linear transformation. Expression (1.1) can be represented in matrix form:

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
и
Figure 00000012
- столбцы, составленные из амплитуд сигналов на входе и выходе преобразования, соответственно. Число каналов преобразования N характеризует размерность преобразования. Изобретение относится к случаю, когда число каналов преобразования N≥3.Where
Figure 00000011
and
Figure 00000012
- columns composed of the amplitudes of the signals at the input and output of the conversion, respectively. The number of transform channels N characterizes the dimension of the transform. The invention relates to the case when the number of conversion channels is N≥3.

Передаточной матрицей преобразования или просто матрицей преобразования называют матрицу U, которая связывает друг с другом столбец амплитуд на выходе преобразования со столбцом на его входе (см. выражение (1.2)).The transfer matrix of the transformation, or simply the transformation matrix, is called the matrix U, which relates to each other a column of amplitudes at the output of the transformation with a column at its input (see expression (1.2)).

N-канальным линейным преобразователем или линейным N-канальным устройством или линейным N-канальным интерферометром называют любое устройство, осуществляющее линейное N-канальное преобразование электромагнитных сигналов.An N-channel linear converter or a linear N-channel device or a linear N-channel interferometer is any device that performs linear N-channel conversion of electromagnetic signals.

Многоканальным блоком смешения преобразования называют N-канальный статический элемент в составе N-канального интерферометра, матрица которого имеет не менее N-1 ненулевых элементов в каждой строке и столбце. Два последовательно соединенных друг с другом многоканальных блока смешения, между которыми нет ни одного варьируемого элемента фазового сдвига, в рамках настоящего изобретения считают одним блоком смешения.A multichannel conversion mixing unit is an N-channel static element in an N-channel interferometer whose matrix has at least N-1 non-zero elements in each row and column. Two multichannel mixing units connected in series with each other, between which there is no variable phase shift element, are considered as one mixing unit in the framework of the present invention.

Слоем фазового преобразования или просто фазовым слоем называют N-канальное преобразование в составе N-канального интерферометра, матрица которого имеет диагональный вид:An N-channel transform as part of an N-channel interferometer whose matrix has a diagonal form is called a phase conversion layer or simply a phase layer.

Figure 00000013
Figure 00000013

т.е. он осуществляет независимый сдвиг фазы на величину ϕj в канале с индексом j. При этом не все N каналов фазового слоя могут содержать сдвиги фаз. В таком случае в диагональных элементах в (1.3), соответствующих каналам без фаз, стоят единицы.those. it performs an independent phase shift by ϕ j in the channel with index j. However, not all N channels of the phase layer may contain phase shifts. In this case, there are units in the diagonal elements in (1.3) corresponding to channels without phases.

Если в преобразовании нет потерь, что его матрица является унитарной, т.е. для нее справедливы соотношения

Figure 00000014
. В матричном виде они принимают вид:If there is no loss in the transformation, then its matrix is unitary, i.e. for it the relations
Figure 00000014
. In matrix form, they take the form:

Figure 00000015
Figure 00000015

где «*» означает операцию комплексного сопряжения матрицы, I - единичная матрица. Из условия (1.4) вытекает равенство:

Figure 00000016
, отражающее сохранение энергии при осуществлении преобразования. В общем случае в преобразовании имеются потери и соотношение (1.4) не выполняется. Вместо этого справедливо используют более общее представление
Figure 00000017
.where "*" means the operation of complex conjugation of the matrix, I is the identity matrix. Condition (1.4) implies the equality:
Figure 00000016
, reflecting the conservation of energy during the implementation of the conversion. In the general case, there are losses in the transformation and relation (1.4) is not satisfied. Instead, fairly use a more general view
Figure 00000017
.

Для сравнения двух преобразований, которые описываются матрицами U1 и U2, используют следующую меру соответствия:To compare the two transformations that are described by the matrices U 1 and U 2 , use the following measure of correspondence:

Figure 00000018
Figure 00000018

где Tr(А) обозначает операцию взятия следа матрицы А. Для преобразования без потерь (его матрица унитарная) справедливо Tr(U*U)=N. Максимальное значение F(loss)=1 соответствует идеальному соответствию двух матриц. Минимальное значение F(loss)=0. В дальнейшем будут рассматриваться случаи реализации унитарных передаточных матриц в схемах интерферометров. Более общие случаи не унитарных матриц (линейные преобразования с потерями) могут рассматриваться как схемы, являющиеся частью более крупных унитарных схем.where Tr (A) denotes the operation of taking a trace of matrix A. For lossless transformation (its matrix is unitary), Tr (U * U) = N. The maximum value of F (loss) = 1 corresponds to the ideal match of two matrices. The minimum value of F (loss) = 0. In the future, cases of the implementation of unitary transfer matrices in interferometer circuits will be considered. More general cases of non-unitary matrices (linear transformations with losses) can be considered as schemes that are part of larger unitary schemes.

При использовании меры соответствия (1.5) идеальное значение F(loss)=1 можно получить для двух матриц, которые, вообще говоря, не равны друг другу U1≠U2, но между ними справедливо соотношение U2=tU1, где t - произвольное комплексное число. Модуль |t| имеет смысл общего коэффициента пропускания (по амплитудам) преобразования и при |t|<1 соответствует преобразованию со сбалансированными потерями - при распространении сигнала, поданного на любой вход, в любой из выходов он испытывает одинаковые потери, т.е. данная ситуация отвечает сбалансированным потерям. Наличие фазы у t приводит к нечувствительности меры (1.5) к общей фазе преобразования. Таким образом (1.5) не зависит от потерь, если они сбалансированы и общая фаза сравниваемого преобразования также не важна. Таким образом, потери в схеме считаются сбалансироваными (его матрица U=tU0, где U0 - унитарная, a |t|<1).Using correspondence measure (1.5), the ideal value F (loss) = 1 can be obtained for two matrices, which, generally speaking, are not equal to each other U 1 ≠ U 2 , but between them the relation U 2 = tU 1 holds, where t - arbitrary complex number. The module | t | it makes sense for the overall transmittance (in amplitudes) of the conversion and for | t | <1 it corresponds to a conversion with balanced losses - when the signal is applied to any input, it experiences the same losses in any of the outputs, i.e. This situation corresponds to balanced losses. The presence of a phase at t leads to the insensitivity of measure (1.5) to the general phase of the transformation. Thus (1.5) is independent of losses if they are balanced and the general phase of the compared transformation is also not important. Thus, the losses in the circuit are considered balanced (its matrix is U = tU 0 , where U 0 is unitary, a | t | <1).

В изобретении предложена иная схема универсального многоканального линейного преобразования, которая отличается от известных схем, представленных на фиг. 5 и фиг. 6, тем, что число варьируемых элементов фаз в фазовом слое может быть любым, а их размещение по каналам может быть произвольным. Помимо этого, многоканальные блоки смешения можно выбирать из широкого класса, характеризуемого большим числом возможных передаточных матриц. Последнее обстоятельство позволяет выбирать в качестве блоков смешения, исходя из соображений минимума потерь в этих элементах или оптимума другой важной характеристики.The invention proposes a different universal multi-channel linear conversion scheme, which differs from the known schemes shown in FIG. 5 and FIG. 6, in that the number of variable phase elements in the phase layer can be any, and their placement along the channels can be arbitrary. In addition, multichannel mixing units can be selected from a wide class characterized by a large number of possible transfer matrices. The latter circumstance allows us to choose as mixing blocks, based on considerations of the minimum loss in these elements or the optimum of another important characteristic.

Схематические представления возможных конфигураций схем, предложенных в настоящем изобретении, изображены на фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9. В отличие от схем, изображенных на фиг. 5 и фиг. 6, число фаз в каждом из фазовых слоев может быть меньше N-1, поэтому число постоянных многоканальных блоков (блоков смешения) больше, чем N.Schematic representations of possible circuit configurations proposed in the present invention are shown in FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9. In contrast to the circuits shown in FIG. 5 and FIG. 6, the number of phases in each of the phase layers can be less than N-1; therefore, the number of constant multi-channel blocks (mixing blocks) is greater than N.

На фиг. 7 изображен вариант схемы многоканального преобразования, использующий в общем случае отличающиеся друг от друга блоки смешения Vm и N-2 фазы в каждом фазовом слое (9). На фиг. 8 изображен вариант схемы многоканального преобразования, в котором число фаз в каждом фазовом слое (10) может быть разным, как и их размещение в этом слое. На фиг. 9 изображена схема многоканального преобразования, использующая только одну фазу в каждом фазовом слое (11), таким образом, число блоков смешения в этом случае максимально возможное для заданного числа каналов N и равно N2 - 2. Во всех этих вариантах предложенной архитектуры схем универсальных многоканальных интерферометров общее число параметров схемы N2 - 1 необходимое для реализации произвольного унитарного преобразования достигается увеличением числа постоянных многоканальных блоков и фазовых слоев.In FIG. 7 depicts a variant of a multi-channel conversion scheme using generally different mixing blocks V m and N-2 phases in each phase layer (9). In FIG. Figure 8 shows a variant of a multi-channel conversion scheme in which the number of phases in each phase layer (10) may be different, as well as their placement in this layer. In FIG. Figure 9 shows a multi-channel conversion scheme using only one phase in each phase layer (11), thus, the number of mixing blocks in this case is the maximum possible for a given number of channels N and is equal to N 2 - 2. In all these variants of the proposed architecture of universal multi-channel schemes interferometers, the total number of circuit parameters N 2 - 1 necessary for the implementation of an arbitrary unitary conversion is achieved by increasing the number of constant multi-channel blocks and phase layers.

Передаточная матрица N-канального преобразования в данном случае принимает следующий вид:The transfer matrix of the N-channel transform in this case takes the following form:

Figure 00000019
Figure 00000019

где Vm - передаточная матрица блока смешения с индексом m, Ф(m) - матрица преобразования фазового слоя с индексом m, в которую входят фазовые элементы в количестве меньше, чем N-1. На фиг. 8 и в формуле (1.6) целое число K характеризует насколько полученная схема глубже (т.е. длиннее/состоит из большего числа слоев), чем схемы, представленные на фиг. 5 и фиг. 6.where V m is the transfer matrix of the mixing block with the index m, Ф (m) is the transformation matrix of the phase layer with the index m, which includes phase elements in an amount less than N-1. In FIG. 8 and in formula (1.6), the integer K characterizes how much the resulting circuit is deeper (i.e. longer / consists of a larger number of layers) than the circuits shown in FIG. 5 and FIG. 6.

Заметим, что матрица преобразования N-канального интерферометра, сконструированного согласно известным методам, изображенным на фиг. 5 и фиг. 6, выглядит следующим образом:Note that the conversion matrix of the N-channel interferometer constructed according to the known methods depicted in FIG. 5 and FIG. 6 is as follows:

Figure 00000020
Figure 00000020

где диагональная матрица каждого фазового слоя Ф(m) содержит в точности N-1 фазовых сдвигов, а число блоков смешения в схеме в точности равно N.where the diagonal matrix of each phase layer Ф (m) contains exactly N-1 phase shifts, and the number of mixing units in the circuit is exactly N.

Выбор преобразований постоянных многоканальных блоков Vm определяет возможность осуществления произвольных матриц. Действительно, не все Vm предоставляют универсальность многоканальной схеме (1.6). Например, если все Vm имеют вид единичной матрицы, то никакого взаимодействия между каналами в (1.6) не будет и вся схема будет выполнять фазовое преобразование с диагональной матрицей diag (exp(iϕ1), exp(iϕ2),…,ехр(iϕN)).The choice of transformations of the constant multichannel blocks V m determines the possibility of implementing arbitrary matrices. Indeed, not all V m provide universality to the multichannel scheme (1.6). For example, if all V m have the form of a unit matrix, then there will be no interaction between the channels in (1.6) and the whole circuit will perform phase transformation with the diagonal matrix diag (exp (iϕ 1 ), exp (iϕ 2 ), ..., exp ( iϕ N )).

Ниже представлено обоснование возможности использования более широкого класса линейных преобразований при выборе многоканальных блоков смешения, чем было использовано в других методах создания универсальных многоканальных интерферометров.Below is the rationale for the use of a wider class of linear transformations when choosing multichannel mixing units than was used in other methods for creating universal multichannel interferometers.

Для нахождения значений перестраиваемых фаз

Figure 00000021
, которые при заданных передаточных матрицах блоков смешения Vm (
Figure 00000022
, где М=N+K) и размещении этих фаз в фазовых слоях наилучшим образом реализуют заданную матрицу U0, использовался численный алгоритм, который находил максимум функции (1.5) с матрицей (1.6) и U2=U0 в пространстве всех фаз
Figure 00000023
. При заданной размерности многоканальной схемы N генерировались унитарные матрицы U0 случайным образом согласно мере Хаара (М. Лундберг и Л. Свенсен «Мера Хаара и генерация случайных унитарных матриц», IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop, 114, 2004) в количестве 1000 штук. Для каждой матрицы U0, которую необходимо было реализовать в многоканальной схеме с помощью подбора надлежащих фаз
Figure 00000024
, генерировались N матрицы Vm постоянных блоков также случайно согласно мере Хаара. Далее наборы фаз
Figure 00000025
находились с помощью численного алгоритма поиска глобального максимума функции (1.5).To find the values of tunable phases
Figure 00000021
which, for given transfer matrices of the mixing units V m (
Figure 00000022
, where M = N + K) and the placement of these phases in the phase layers best implement the given matrix U 0 , a numerical algorithm was used that found the maximum of function (1.5) with matrix (1.6) and U 2 = U 0 in the space of all phases
Figure 00000023
. For a given dimension of a multichannel scheme N, unitary matrices U 0 were randomly generated according to the Haar measure (M. Lundberg and L. Swensen, “Haar Measure and Generation of Random Unitary Matrices”, IEEE Sensor Array and Multichannel Signal Processing Workshop, 114, 2004) in the amount of 1000 pieces. For each matrix U 0 that needed to be implemented in a multichannel scheme by selecting the appropriate phases
Figure 00000024
, N matrices V m of constant blocks were generated also randomly according to the Haar measure. Further sets of phases
Figure 00000025
were found using the numerical algorithm for finding the global maximum of function (1.5).

На фиг. 10 приведены полученные при численном анализе гистограммы меры соответствия (1.6), которые иллюстрируют качество преобразования многоканального интерферометра, схема которого изображена на фиг. 6 для случая случайных передаточных матриц Vm. Полученные гистограммы нарисованы для схем с числом каналов N=10 (а) и N=30 (б). Распределения, изображенные на одном графике, отличаются числом фазовых слоев (и блоков постоянных преобразований), из которых состоит схема. Для случая N=10 число фазовых слоев - 2, 5, 8 и 11. Соответствующее число параметров схемы при этом - 18, 45, 56 и 99. Для случая N=30 число фазовых слоев - 7, 15, 26 и 31, что отвечает числу параметров 203, 435, 754 и 899, соответственно. Как видно из графиков, если число слоев в схеме меньше N+1, то параметр качества преобразования не достигает идеального значения F=1. Однако если число слоев достигает N+1, необходимого для полного числа параметров N2-1 качество преобразования схемы обеспечивается с высокой точностью F=1 (все полученные значения в численных расчетах F>0.99999).In FIG. 10 shows the correspondence measures obtained in the numerical analysis of the histogram (1.6), which illustrate the conversion quality of a multichannel interferometer, the circuit of which is shown in FIG. 6 for the case of random transfer matrices V m . The obtained histograms are drawn for circuits with the number of channels N = 10 (a) and N = 30 (b). The distributions shown in one graph differ in the number of phase layers (and blocks of constant transformations) that make up the circuit. For the case N = 10, the number of phase layers is 2, 5, 8, and 11. The corresponding number of circuit parameters is 18, 45, 56, and 99. For the case N = 30, the number of phase layers is 7, 15, 26, and 31, which corresponds to the number of parameters 203, 435, 754 and 899, respectively. As can be seen from the graphs, if the number of layers in the circuit is less than N + 1, then the conversion quality parameter does not reach the ideal value F = 1. However, if the number of layers reaches N + 1, which is necessary for the total number of parameters N 2 -1, the quality of the circuit conversion is ensured with high accuracy F = 1 (all obtained values in numerical calculations F> 0.99999).

Аналогичное численное исследование проводилось и для всех вариантов оптических схем интерферометров изображенных на фиг. 7, фиг. 8 и фиг. 9. На фиг. 11 представлен график, на котором приведены гистограммы параметра соответствия (1.5) для интерферометра с одной фазой в фазовом слое (фиг. 9) для размерностей N=10 и N=20. Как видно из графика, для большей доли матриц параметр соответствия F>0.999. Зависимости параметра соответствия (1.5) для двух других вариантов схем имеют аналогичный характер. Следует заметить, что полученные результаты с F<1 связаны с конечной точностью реализации численного алгоритма оптимизации.A similar numerical study was carried out for all variants of the optical schemes of interferometers depicted in FIG. 7, FIG. 8 and FIG. 9. In FIG. 11 is a graph showing histograms of the correspondence parameter (1.5) for an interferometer with one phase in the phase layer (Fig. 9) for dimensions N = 10 and N = 20. As can be seen from the graph, for a larger proportion of matrices, the correspondence parameter F> 0.999. The dependences of the correspondence parameter (1.5) for the other two variants of the schemes are of a similar nature. It should be noted that the results obtained with F <1 are related to the finite accuracy of the implementation of the numerical optimization algorithm.

Произвольные унитарные линейные преобразования, использующие постоянные многоканальные блоки преобразований могут быть реализованы в соответствии со схемой, представленной на фиг. 5. N-канальная схема состоит из постоянных многоканальных блоков 6, описываемых передаточными матрицами Vm

Figure 00000026
и в общем случае осуществляющих преобразование между N каналами. В рассматриваемых многоканальных схемах постоянный блок преобразования может состоять из нескольких соединенных последовательно постоянных блоков, области соединения которых не содержат варьируемых фаз.Arbitrary unitary linear transformations using constant multi-channel transform blocks can be implemented in accordance with the circuit shown in FIG. 5. The N-channel circuit consists of constant multi-channel blocks 6 described by transfer matrices V m
Figure 00000026
and in the General case, carrying out the conversion between N channels. In the multichannel circuits under consideration, the constant conversion unit may consist of several constant units connected in series, the connection areas of which do not contain variable phases.

Заявляемое решение позволяет реализовать произвольные многоканальные линейно-оптические преобразования, представленные на схеме фиг. 5, которые отличаются конкретным видом передаточных матриц постоянных блоков Vm

Figure 00000027
. В таких схемах каждый из фазовых слоев содержит в точности N-1 варьируемых фаз.The claimed solution allows the implementation of arbitrary multichannel linear optical transformations presented in the diagram of FIG. 5, which differ in the specific form of transfer matrices of constant blocks V m
Figure 00000027
. In such schemes, each of the phase layers contains exactly N-1 variable phases.

Частный случай блоков смешения 8 представляет собой передаточные матрицы 6, которые можно реализовать в виде создания областей сближения сердцевин близко друг к другу, таким образом, что между ними возникает связь (J. Zhou, J. Wu, Q. Hu, «Tunable arbitrary unitary transformer based on multiple sections of multicore fibers with phase control)) // Optics Express, vol. 26, No. 3, 3020 (2018)).A special case of mixing units 8 is transfer matrices 6, which can be implemented in the form of creating areas of proximity of the cores close to each other, so that a connection arises between them (J. Zhou, J. Wu, Q. Hu, “Tunable arbitrary unitary transformer based on multiple sections of multicore fibers with phase control)) // Optics Express, vol. 26, No. 3, 3020 (2018)).

Взаимодействие амплитудами полей в области близко расположенных волноводов, которое имеет некоторую длину L может быть описано системой уравнений:The interaction of the field amplitudes in the region of closely spaced waveguides, which has a certain length L, can be described by a system of equations:

Figure 00000028
Figure 00000028

где

Figure 00000029
- вектор амплитуд полей в точке с координатой z, амплитуды
Figure 00000030
отвечают значениям в начале области взаимодействия, М - матрица, описывающая связь между волноводами, конкретный вид которой зависит от размещения волноводов друг относительно друга. Например, при круговом размещении со связью между ближайшими соседями матрица М выглядит следующим образом:Where
Figure 00000029
- vector of field amplitudes at a point with z coordinate, amplitudes
Figure 00000030
correspond to the values at the beginning of the interaction region, M is a matrix describing the relationship between the waveguides, the specific form of which depends on the placement of the waveguides relative to each other. For example, in a circular arrangement with a connection between the nearest neighbors, the matrix M looks as follows:

Figure 00000031
Figure 00000031

где Cmn - коэффициенты связи между каналами-волноводами с индексами m и n. Таким образом, преобразование k-го многоканального блока можно записать в виде

Figure 00000032
и при заданной конфигурации взаимного расположения волноводов определяется длиной области связи Lk (k=1,2,…,N). Изменение конфигурации матрицы преобразования всего интерферометра осуществляют с помощью слоев преобразований
Figure 00000033
(m=1,2,…,N+1), располагаемых между постоянными блоками
Figure 00000034
.where C mn are the coupling coefficients between the waveguide channels with indices m and n. Thus, the transformation of the kth multichannel block can be written as
Figure 00000032
and for a given configuration of the mutual arrangement of the waveguides is determined by the length of the communication region L k (k = 1,2, ..., N). Changing the configuration of the transformation matrix of the entire interferometer is carried out using transformation layers
Figure 00000033
(m = 1,2, ..., N + 1) located between the constant blocks
Figure 00000034
.

Заявляемое решение позволяет устранять недостатки известных методов, связанные с необходимостью управления большим набором фаз в одном слое, минимальное число которых равно N-1, где N - число каналов преобразования которое трудно реализовать на практике.. В частности, при использовании кодирования в пространственные каналы (моды волноводов или открытого пространства) при трехмерном размещении каналов-волноводов (см. J. Zhou, J. Wu, Q. Hu, «Tunable arbitrary unitary transformer based on multiple sections of multicore fibers with phase control» // Optics Express, vol. 26, No. 3, 3020, 2018), необходимо управлять сдвигами фаз каждого из каналов в отдельности, для чего необходимо размещать соответствующий элемент (термооптический, электрооптический или пьезооптический) в глубине схемы за внешним слоем волноводов. Данный недостаток в заявляемом решении в одном из вариантов осуществления преодолевается посредством приведения геометрии размещения каналов к планарной геометрии в областях фазовых слоев, предоставляя таким образом доступ к каждому каналу, или же разнесение в пространстве волноводов. При этом данный вариант реализации сопряжен с увеличением размера схемы й при больших значениях N.The claimed solution allows to eliminate the disadvantages of the known methods associated with the need to control a large set of phases in one layer, the minimum number of which is equal to N-1, where N is the number of conversion channels that is difficult to implement in practice .. In particular, when using coding in spatial channels ( waveguide or open-space modes) in three-dimensional arrangement of waveguide channels (see J. Zhou, J. Wu, Q. Hu, “Tunable arbitrary unitary transformer based on multiple sections of multicore fibers with phase control” // Optics Express, vol. 26, No. 3, 3020, 2018), it is necessary to control the phase shifts of each channel separately, for which it is necessary to place the corresponding element (thermo-optical, electro-optical or piezo-optical) in the depth of the circuit behind the outer layer of the waveguides. This drawback in the claimed solution in one embodiment is overcome by bringing the channel placement geometry to planar geometry in the regions of the phase layers, thus providing access to each channel, or spacing in the space of the waveguides. Moreover, this implementation option is associated with an increase in the size of the circuit d for large values of N.

Другим преимуществом заявляемого изобретения является преодоление недостатка существующих аналогов, использующих схемы с N-1 элементами сдвигов фаз в одном слое, связанного с негативным влиянием кросс-взаимодействия между ними, при котором близко расположенные элементы сдвигов фаз не полностью изолированы друг от друга, что приводит к внесению сдвигов в канал от соседних с ним элементов. Данный недостаток преодолн в заявленмом решении посредством разнесения в пространстве элементов сдвигов фаз.Another advantage of the claimed invention is to overcome the disadvantage of existing analogs using circuits with N-1 elements of phase shifts in one layer, associated with the negative influence of cross-interaction between them, in which closely spaced elements of phase shifts are not completely isolated from each other, which leads to introducing shifts into the channel from neighboring elements. This drawback is overcome in the claimed solution by spacing phase shifts in the space of elements.

Произвольные многоканальные линейно-оптические преобразования, могут быть реализованы в планарных интегральных оптических структурах (см. R. Tang, Т. Tanemura, Y. Nakano, Integrated reconfigurable unitary optical mode converter using MMI couplers, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 29, No 12, 971-974, 2017), с блоками смешения и варьируемых набегов фаз, располагаемых параллельно между постоянными блоками, а также перед первым и после последнего из них. В интегрально-оптическом исполнении в качестве блоков постоянных многоканальных преобразований могут быть использованы многомодовые интерференционные элементы. Принцип действия таких блоков основан на интерференции между несколькими сигналами, которая протекает в волноводной структуре.Arbitrary multichannel linear optical transformations can be implemented in planar integrated optical structures (see R. Tang, T. Tanemura, Y. Nakano, Integrated reconfigurable unitary optical mode converter using MMI couplers, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 29, No 12, 971-974, 2017), with mixing blocks and variable phase incursions located in parallel between the constant blocks, as well as before the first and after the last of them. In integrated optical design, multimode interference elements can be used as blocks of constant multichannel transformations. The principle of operation of such blocks is based on the interference between several signals, which occurs in the waveguide structure.

Заявляемое техническое решение при использовании схемы с планарными многомодовыми интерференционными блоками также позволяет устранить описанные выше недостатки, присущие оптической системе, основанной на волокнах со многими сердцевинами, с использованием N-1 элементов сдвигов фаз в одном слое Заявляемое решение позволяет располагать элементы сдвигов фаз с исключением негативного влияния кросс-взаимодействия между ними.The claimed technical solution when using the scheme with planar multimode interference blocks also allows you to eliminate the above disadvantages inherent in the optical system based on fibers with many cores, using N-1 elements of phase shifts in one layer. The claimed solution allows you to arrange the elements of phase shifts with the exception of the negative the effects of cross-interaction between them.

Таким образом, предложенный способ создания универсального многоканального преобразования можно реализовать в системах с пространственным кодированием. В таких системах в качестве канала может выступать волновод или пространственная мода свободного пространства. В оптике волноводные структуры формирующие схемы с пространственным кодированием могут быть выполнены в виде интегральной оптической схемы, которую можно изготовить по планарное технологии литографии (L. Chrostowski, М. Hochberg, Silicon Photonics design: from devices to systems // Cambridge Univ. Press, 2015) или по трехмерной технологии, например, лазерной печатью (I.V. Dyakonov et al., Reconfigurable photonics on a glass chip // Phys. Rev. Applied, vol. 10, 044048 (2018)). В качестве элементов фазового сдвига в таких схемах могут применяться 1) термо-оптические элементы, которые меняют набег фазы участка волновода при пропускании через них электрического тока за счет его нагрева, 2) электро-оптические элементы, которые меняют набег фазы при приложении напряжения за счет изменения концентрации электронов и/или дырок на участке волновода, и 3) пьезо-оптического элемента, изменяющего набег фазы распространяющегося в волноводе сигнала под действием электрического напряжения, которое вызывает напряжение механическое на участке волновода, что меняет его показатель преломления.Thus, the proposed method for creating a universal multi-channel transform can be implemented in systems with spatial coding. In such systems, a waveguide or a spatial mode of free space can act as a channel. In optics, waveguide structures forming spatial-coded circuits can be made in the form of an integrated optical circuit that can be manufactured using planar lithography technology (L. Chrostowski, M. Hochberg, Silicon Photonics design: from devices to systems // Cambridge Univ. Press, 2015 ) or by three-dimensional technology, for example, laser printing (IV Dyakonov et al., Reconfigurable photonics on a glass chip // Phys. Rev. Applied, vol. 10, 044048 (2018)). As phase shift elements in such schemes, 1) thermo-optical elements can be used that change the phase shift of the waveguide section when electric current is passed through them due to its heating, 2) electro-optical elements that change the phase shift when voltage is applied due to changes in the concentration of electrons and / or holes in the waveguide section, and 3) a piezoelectric element that changes the phase incursion of the signal propagating in the waveguide under the action of an electric voltage that causes mechanical stress in the waveguide section, which changes its refractive index.

Заявляемое изобретение может быть также реализовано в физических системах с частотным кодированием каналов. В таком случае в качестве дискретных каналов выступают неперекрывающиеся частотные линии спектра электромагнитного поля. Каждой из линии ставят в соответствие номер канала, таким образом, набор из N линий образует множество каналов всего преобразования. В качестве амплитуды сигнала, распространяющегося по частотному каналу, выступает комплексная амплитуда соответствующей частотной компоненты. Стоит заметить, что использование частотной кодировки каналов многоканального преобразования позволяет использовать для передачи и преобразования один пространственный канал - один волновод, одну пространственную моду свободного пространства. Для осуществления взаимодействия между частотными каналами предложено использовать набор преобразований модуляции частотных каналов, которая наводит на каналы зависящую от времени фазу, профиль которой можно подбирать, и формирователь импульсов.The claimed invention can also be implemented in physical systems with frequency coding of channels. In this case, non-overlapping frequency lines of the spectrum of the electromagnetic field act as discrete channels. Each of the lines is assigned a channel number, thus, a set of N lines forms a plurality of channels of the entire conversion. The amplitude of the signal propagating through the frequency channel is the complex amplitude of the corresponding frequency component. It is worth noting that the use of frequency coding of multichannel conversion channels allows the use of one spatial channel for transmission and conversion - one waveguide, one spatial mode of free space. To implement the interaction between frequency channels, it is proposed to use a set of frequency channel modulation transformations, which induces a time-dependent phase on the channels, the profile of which can be selected, and a pulse shaper.

Наиболее широкое распространение многоканальные системы с частотными каналами получили в оптике, в частности, в квантовой. Заявляемое изобретение может быть реализовано по аналогии с системой, описанной в работе Н.-Н. Lu et al., Electro-optic frequency beam splitters and fritters for high-fidelity photonic quantum information processing // Phys. Rev. Lett., vol. 120, 030502, 2018), в которой продемонстрировано на практике осуществление преобразований Адамара для одного частотного канала и преобразование триттера для трех частотных каналов. Для реализации изобретения может быть использовано оптоволоконное оборудование, которое является стандартным для телекоммуникационного диапазона длин волн в районе 1550 нм. Для осуществления модуляции могут быть применены электрооптические модуляторы и формирователь импульсов, которые являются стандартными компонентами телекоммуникационного оборудования. Помимо оптоволоконных телекоммуникационных компонент, весь их набор можно также реализовать с помощью интегрально-оптических схем, т.к. все необходимые элементы были продемонстрированы. Например, интегрально-оптический формировать импульсов продемонстрирован в работе K.А. McKinzie et al. InP integrated pulse shaper with 48 channel, 50 GHz spacing amplitude and phase control, 2017 IEEE Photonics Conference (IPC), 197-198 (2017). Интегрально-оптические модуляторы на протяжении долгого времени являются доступными для изготовления в интегрально-оптическом исполнении (K. Ogawa, Integrated silicon-based optical modulators: 100Gb/s and beyond, SPIE Press, ISBN: 9781510625815, 2019).Multichannel systems with frequency channels are most widely used in optics, in particular in quantum. The claimed invention can be implemented by analogy with the system described in the work of N.-N. Lu et al., Electro-optical frequency beam splitters and fritters for high-fidelity photonic quantum information processing // Phys. Rev. Lett., Vol. 120, 030502, 2018), which demonstrated in practice the implementation of Hadamard transforms for one frequency channel and the tritter transform for three frequency channels. To implement the invention can be used fiber optic equipment, which is standard for the telecommunication wavelength range in the region of 1550 nm. To implement modulation, electro-optical modulators and a pulse shaper can be used, which are standard components of telecommunication equipment. In addition to fiber optic telecommunication components, their entire set can also be implemented using integrated optical circuits, as All necessary items have been demonstrated. For example, integrated optical pulse shaping is demonstrated by K.A. McKinzie et al. InP integrated pulse shaper with 48 channel, 50 GHz spacing amplitude and phase control, 2017 IEEE Photonics Conference (IPC), 197-198 (2017). Integrated optical modulators have long been available for manufacture in integrated optical design (K. Ogawa, Integrated silicon-based optical modulators: 100Gb / s and beyond, SPIE Press, ISBN: 9781510625815, 2019).

Заявляемое изобретение может быть также реализовано в системах, использующих временное кодирование. В этом случае, в качестве дискретных каналов выступают неперекрывающиеся между собой временные отрезки. Каждому временному отрезку ставят в соответствие номер канала. Импульс электромагнитного сигнала, находящийся во временном отрезке с некоторым индексом т, интерпретируется как сигнал в канале m, а амплитуда импульса интерпретируется как амплитуда сигнала в канале с этим индексом. Как и в случае с частотным кодированием, при временном кодировании используют одиночный пространственный канал, который может представлять собой волновод или пространственную моду свободного пространства. Для осуществления взаимодействия между каналами в этой схеме необходимы линии задержки и динамически варьируемые делители.The claimed invention can also be implemented in systems using time coding. In this case, non-overlapping time intervals act as discrete channels. Each time interval is assigned a channel number. The pulse of an electromagnetic signal located in a time interval with a certain index m is interpreted as a signal in channel m, and the amplitude of a pulse is interpreted as the amplitude of a signal in a channel with this index. As with frequency coding, time coding uses a single spatial channel, which may be a waveguide or spatial mode of free space. To implement the interaction between the channels in this scheme, delay lines and dynamically variable dividers are needed.

В частности заявляемое изобретение может быть реализовано по аналогии с многоканальной схемой с временным кодированием, представленной в работе K.R. Motes et al., Scalable boson sampling with time-bin encoding using a loop-based architecture // Phys. Rev. A, vol. 113, 120501 (2014), в которой предложена универсальная многоканальная схема, которая основана на волоконных петлях задержки и реконфигурируемых двухканальных делителей - это стандартные компоненты, находящие применение, например, в телекоммуникации. Многоканальные блоки преобразования могут быть реализованы с помощью нескольких вложенных друг в друга петель задержки и постоянных делителей, тогда как варьируемые набеги фаз можно реализовать с помощью динамически программируемых фазовых модуляторов или фазовых сдвигов.In particular, the claimed invention can be implemented by analogy with the multi-channel time-coding scheme presented in K.R. Motes et al., Scalable boson sampling with time-bin encoding using a loop-based architecture // Phys. Rev. A, vol. 113, 120501 (2014), in which a universal multi-channel circuit is proposed, which is based on fiber delay loops and reconfigurable two-channel dividers - these are standard components that are used, for example, in telecommunications. Multichannel conversion units can be implemented using several nested delay loops and constant dividers, while variable phase shifts can be implemented using dynamically programmable phase modulators or phase shifts.

Примеры конкретного выполненияCase Studies

Для реализации предложенного изобретения авторами была использована технология фемтосекундной лазерной печати, которая позволяет создавать как планарные, так и трехмерные интегрально-оптические схемы. С помощью этой технологии были реализованы оптические схемы с числом каналов N=3. Для создания интегрального чипа использовалась кварцевая заготовка в форме прямоугольника с длиной 10 см, шириной 5 см и толщиной 5 мм. На первом этапе в объеме заготовки создавались волноводные структуры, формирующие статическую оптическую схему, содержащую блоки смешения и участки волноводов, которые будут реализовывать фазовые элементы. Блоки смешения реализовывались в виде трех попеременно соединенных элементов направленных делителей (см. фиг. 12). Коэффициент деления по мощности каждого делителя определялся выбором длины области взаимодействия и задавался случайным образом на этапе изготовления и лежал в интервале от 1/3 до 2/3.To implement the proposed invention, the authors used the technology of femtosecond laser printing, which allows you to create both planar and three-dimensional integrated optical circuits. Using this technology, optical schemes with the number of channels N = 3 were implemented. To create an integrated chip, a quartz blank in the shape of a rectangle with a length of 10 cm, a width of 5 cm and a thickness of 5 mm was used. At the first stage, waveguide structures were created in the bulk of the preform, forming a static optical scheme containing mixing blocks and sections of waveguides that would realize phase elements. Mixing units were implemented in the form of three alternately connected elements of directional dividers (see Fig. 12). The division coefficient by the power of each divider was determined by the choice of the length of the interaction region and was set randomly at the manufacturing stage and lay in the range from 1/3 to 2/3.

Для изменения конфигурации оптических схем был использован традиционный способ, основанный на термо-оптическом эффекте - изменении показателя преломления вещества под действием температурных изменений. Для этой цели на поверхность кварцевого чипа над участками волноводов, в которых необходимо менять набег фазы сигналов, наносились металлические резистивные нагреватели. Под действием разности потенциалов резистивные нагреватели разогревались. Детали технологии изготовления можно найти в работе I.V. Dyakonov et al., Reconfigurable photonics on a glass chip // Phys. Rev. Applied, vol. 10, 044048 (2018).To change the configuration of optical circuits, a traditional method was used, based on the thermo-optical effect - changing the refractive index of a substance under the influence of temperature changes. For this purpose, metal resistive heaters were applied to the surface of the quartz chip above the sections of waveguides in which it is necessary to change the phase incursion of the signals. Under the influence of the potential difference, the resistive heaters were heated. Details of manufacturing technology can be found in I.V. Dyakonov et al., Reconfigurable photonics on a glass chip // Phys. Rev. Applied, vol. 10, 044048 (2018).

Было создано и экспериментально изучено три типа схем. На фиг. 12 схематически представлены изготовленные интегрально-оптические схемы: на фиг. 12а представлена схема с 2 элементами сдвигов фаз в каждом фазовом слое и 3 блоками смешения; на фиг. 12б приведена схема с разным числом фаз в фазовом слое (1 или 2 фазы) и 5 блоками смешения; на фиг. 12в изображена схема с 1 фазой в каждом фазовом слое и 8 блоками смешения. Каждый тип схем был изготовлен в количестве 5 штук и над всеми ими проводилась одинаковая серия экспериментов. При этом фазовые элементы, изображенные не выходных каналах на фиг. 12 не изготавливались, т.к. в конечном итоге измерялись мощности выходных сигналов.Three types of circuits were created and experimentally studied. In FIG. 12 is a schematic representation of fabricated integrated optical circuits: FIG. 12a shows a circuit with 2 phase shift elements in each phase layer and 3 mixing units; in FIG. 12b shows a diagram with a different number of phases in the phase layer (1 or 2 phases) and 5 mixing units; in FIG. 12c shows a circuit with 1 phase in each phase layer and 8 mixing units. Each type of circuit was made in the amount of 5 pieces and the same series of experiments was carried out on all of them. In this case, the phase elements shown not in the output channels in FIG. 12 were not manufactured, because ultimately measured the power of the output signals.

Для проверки универсальности изготовленных интегрально-оптических схем и других их характеристик, имеющих отношение к заявляемому результату, проводились следующая последовательность экспериментов. Генерировалась случайным образом унитарная матрица U0 размером 3×3, которую необходимы было реализовать в изготовленных схемах с помощью подстройки варьируемых элементов фазовых сдвигов. Для этой цели при заданных значениях фазовых сдвигов (определяемых напряжениями на соответствующих нагревательных элементах) на каждый из входов интерферометра по-отдельности подавался оптический сигнал одинаковой мощности и проводились измерения мощности сигналов на выходе каждого канала. Таким образом определялись модули элементов передаточной матрицы при заданных значениях фазового сдвига. Для определения аргументов комплексных элементов на вход подавались два сигнала одинаковой мощности с варьируемой задержкой фаз между ними. Процедура с парными входными сигналами повторялась для всего набора 3 пар входных каналов. Данные действия позволяли восстанавливать передаточную матрицу U1, перестраиваемой схемы. Используя информацию о матрицах, рассчитывался параметр (1.5), значение которого служило значением целевой функции в алгоритме оптимизации. Алгоритм оптимизации корректировал значения фазовых сдвигов. Описанная процедура повторялась итеративно ~1000 раз до полного схождения в глобальный максимум, который характеризуется значением параметра (1.5) равный единице. Детали используемого алгоритма, позволяющего восстанавливать передаточные матрицы многоканальных схем, можно найти в статье М. Tillmann, С. Schmidt, P. Walther, «On unitary reconstruction of linear optical networks», Journal of Optics, vol. 18, 114002 (2016).To verify the universality of the fabricated integrated optical circuits and their other characteristics related to the claimed result, the following sequence of experiments was carried out. A unitary matrix U 0 of size 3 × 3 was randomly generated, which was necessary to implement in the fabricated schemes by adjusting the variable elements of the phase shifts. For this purpose, at given values of phase shifts (determined by the voltages at the corresponding heating elements), an optical signal of the same power was individually supplied to each of the inputs of the interferometer and measurements were made of the signal power at the output of each channel. Thus, the modules of the transfer matrix elements were determined for the given values of the phase shift. To determine the arguments of complex elements, two signals of the same power with a variable phase delay between them were input. The procedure with paired input signals was repeated for the entire set of 3 pairs of input channels. These actions allowed to restore the transfer matrix U 1 , tunable circuit. Using information about the matrices, the parameter (1.5) was calculated, the value of which served as the value of the objective function in the optimization algorithm. The optimization algorithm corrected the values of phase shifts. The described procedure was repeated iteratively ~ 1000 times until it completely converged to the global maximum, which is characterized by the value of parameter (1.5) equal to unity. Details of the algorithm used to reconstruct the transfer matrices of multichannel circuits can be found in an article by M. Tillmann, C. Schmidt, P. Walther, “On unitary reconstruction of linear optical networks”, Journal of Optics, vol. 18, 114002 (2016).

В таблице приведены средние значения (по 5 реализациям каждого типа схемы и 100 случайных матриц U0) параметра (1.5) достигнутые в эксперименте, а также средние значения электрической мощности, приходящейся на один элемент фазового сдвига.The table shows the average values (for 5 implementations of each type of circuit and 100 random matrices U 0 ) of parameter (1.5) achieved in the experiment, as well as the average values of electric power per phase shift element.

Figure 00000035
Figure 00000035

Как видно из таблицы, во всех случаях были получены высокие значения параметра F, что говорит об универсальности предложенных схем. Также заметим, что со снижением плотности расположения элементов сдвигов фаз (от а до в) средняя мощность, приходящаяся на один фазовых сдвиг, снижается, что может быть следствием уменьшения взаимного воздействия. Помимо этого, очевидно, что рассеиваемая тепловая мощность, приходящаяся на единицу площади схемы, уменьшается.As can be seen from the table, in all cases high values of the parameter F were obtained, which indicates the universality of the proposed schemes. Also note that with a decrease in the density of the arrangement of the elements of the phase shifts (from a to b), the average power per phase shift decreases, which may be a consequence of a decrease in the mutual influence. In addition, it is obvious that the dissipated thermal power per unit area of the circuit decreases.

Claims (27)

1. N-канальный линейный преобразователь электромагнитных сигналов, где N>2, включающий N каналов для сигналов и М блоков смешения сигналов, каждый из которых включает N входов и N выходов и характеризуется передаточной матрицей (или матрицей рассеяния) с комплексными элементами, по модулю меньшими 1, при этом блоки смешения соединены последовательно, и, по меньшей мере, на одном входе и на одном выходе, по меньшей мере, одного блока смешения размещен элемент сдвига фазы, отличающийся тем, что блоки смешения выполнены с передаточными матрицами, для которых отношение, по крайней мере, двух соответствующих элементов передаточных матриц, по крайней мере, двух блоков смешения отлично от 1, а на входе, по крайней мере, одного блока смешения количество элементов сдвига фазы не превышает N-2.1. N-channel linear converter of electromagnetic signals, where N> 2, including N channels for signals and M signal mixing blocks, each of which includes N inputs and N outputs and is characterized by a transfer matrix (or scattering matrix) with complex elements, modulo less than 1, while the mixing blocks are connected in series, and at least one input and one output of the at least one mixing block has a phase shift element, characterized in that the mixing blocks are made with transfer matrices for which the ratio of at least two corresponding elements of the transfer matrices of at least two mixing units is different from 1, and at the input of at least one mixing unit the number of phase shift elements does not exceed N-2. 2. N-канальный линейный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что количество каналов и блоков смешения выбрано исходя из соотношения: N≤М≤N2-2.2. The N-channel linear converter according to claim 1, characterized in that the number of channels and mixing units is selected based on the ratio: N≤M≤N 2 -2. 3. N-канальный линейный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что количество каналов и блоков смешения составляет N2-2, при этом все сдвиги фаз размещены на одном канале.3. The N-channel linear converter according to claim 1, characterized in that the number of channels and mixing units is N 2 -2, while all phase shifts are placed on one channel. 4. N-канальный линейный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок смешения выбран с передаточной матрицей, в которой сумма квадратов модулей элементов в каждом столбце не превышает 1 и в каждой строке не превышает 1.4. The N-channel linear converter according to claim 1, characterized in that the mixing unit is selected with a transfer matrix in which the sum of the squares of the element modules in each column does not exceed 1 and in each row does not exceed 1. 5. N-канальный линейный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве передаточной матрицы выбрана унитарная матрица.5. The N-channel linear converter according to claim 1, characterized in that the unitary matrix is selected as the transfer matrix. 6. N-канальный линейный преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одной передаточной матрице столбцы попарно ортогональны и строки попарно ортогональны.6. The N-channel linear converter according to claim 4, characterized in that, in at least one transfer matrix, the columns are pairwise orthogonal and the rows are pairwise orthogonal. 7. N-канальный линейный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блоки смешения характеризуются передаточными матрицами со случайно распределенными элементами.7. The N-channel linear converter according to claim 1, characterized in that the mixing units are characterized by transfer matrices with randomly distributed elements. 8. N-канальный линейный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в виде планарной или объемной интегральной оптической схемы, где в качестве каналов выбраны оптические волноводы, а в качестве элементов сдвига фазы выбраны термооптические или электрооптические или пьезооптические фазосдвигающие элементы.8. The N-channel linear converter according to claim 1, characterized in that it is made in the form of a planar or volume integrated optical circuit, where optical waveguides are selected as channels, and thermo-optical or electro-optical or piezoelectric phase-shifting elements are selected as phase shift elements. 9. N-канальный линейный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве каналов выбраны частотные или временные каналы.9. The N-channel linear converter according to claim 1, characterized in that frequency or time channels are selected as channels. 10. N-канальный линейный преобразователь по п. 9, отличающийся тем, что каналы реализованы в виде волноводов или приемо-передающих устройств в свободном пространстве.10. The N-channel linear converter according to claim 9, characterized in that the channels are implemented as waveguides or transceivers in free space. 11. N-канальный линейный преобразователь по п. 10, отличающийся тем, что в качестве волноводов использованы оптоволокно, или коаксиальные кабели, или полые волноводы.11. The N-channel linear converter according to claim 10, characterized in that the optical fibers or coaxial cables or hollow waveguides are used as waveguides. 12. Способ выполнения N-канального линейного преобразования, заданного матрицей линейного преобразования U0, над электромагнитным сигналом, включающий:12. A method of performing an N-channel linear transformation specified by a linear transformation matrix U 0 over an electromagnetic signal, comprising: a. выбор М блоков смешения, характеризующихся матрицами передачи с элементами, модуль которых лежит в интервале от
Figure 00000036
до
Figure 00000037
;
a. selection of M mixing units characterized by transfer matrices with elements whose modulus lies in the range from
Figure 00000036
before
Figure 00000037
;
b. последовательное соединение выбранных блоков в произвольном порядке;b. serial connection of selected blocks in random order; c. выбор элементов сдвига фазы в количестве, не превышающем (N-2)(M+1);c. the choice of phase shift elements in an amount not exceeding (N-2) (M + 1); d. размещение элементов сдвига фазы на входе и/или выходе блоков смешения на одном или нескольких каналах (не более N-2), выбранных произвольным образом;d. placing phase shift elements at the input and / or output of the mixing units on one or more channels (no more than N-2), chosen arbitrarily; e. определение элементов передаточной матрицы U1, каскадного соединения блоков смешения с элементами сдвига фазы;e. determination of the elements of the transfer matrix U 1 , cascade connection of the mixing units with the elements of the phase shift; f. определение значений сдвигов фаз на каждом из элементов сдвига фазы посредством вычисления координат глобального максимума функцииf. determination of phase shift values on each of the phase shift elements by calculating the coordinates of the global maximum of the function
Figure 00000038
Figure 00000038
требующего определение передаточной матрицы U1 из шага Е несколько раз, где Tr(А) обозначает операцию взятия следа матрицы А;requiring the determination of the transfer matrix U 1 from step E several times, where Tr (A) denotes the operation of taking a trace of matrix A; g. обеспечение сдвига фаз на элементах сдвига фазы полученного каскадного соединения блоков смешения в соответствии с полученными значениями;g. providing a phase shift on the phase shift elements of the obtained cascade connection of the mixing units in accordance with the obtained values; h. подачу электромагнитного сигнала на вход полученного каскадного соединения с заданными значениями сдвига фаз с получением на выходе преобразованного электромагнитного сигнала в соответствии с заданной матрицей линейного преобразования U0.h. applying an electromagnetic signal to the input of the obtained cascade connection with predetermined phase shift values to obtain the converted electromagnetic signal at the output in accordance with a given linear transformation matrix U0. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что передаточную матрицу U1 каскадного соединения блоков смешения с элементами сдвига фазы определяют по формуле:13. The method according to p. 12, characterized in that the transfer matrix U 1 of the cascade connection of the mixing units with the elements of the phase shift is determined by the formula:
Figure 00000039
Figure 00000039
где Vm - передаточная матрица блока с индексом m, Ф(m) - передаточная матрица фазового слоя с индексом m, имеющая диагональный вид
Figure 00000040
, где
Figure 00000041
- фаза, внесенная в j-й канал слоя с индексом m.
where V m is the transfer matrix of the block with index m, Ф (m) is the transfer matrix of the phase layer with index m, having the diagonal form
Figure 00000040
where
Figure 00000041
is the phase introduced into the jth channel of the layer with index m.
14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что передаточную матрицу U1 каскадного соединения блоков смешения с элементами сдвига фазы определяют путем измерения - подачи тестовых сигналов на вход каскадного соединения и измерения сигналов на выходе.14. The method according to p. 12, characterized in that the transfer matrix U1 of the cascade connection of the mixing units with the elements of the phase shift is determined by measuring - applying test signals to the input of the cascade connection and measuring the signals at the output. 15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что сдвиг фаз на элементах сдвига фазы обеспечивают посредством подачи управляющего напряжения на элементы сдвига фазы, вызывающего локальное изменение показателя преломления в области расположения этого элемента за счет термооптического, электрооптического или пьезоэлектрического эффекта.15. The method according to p. 12, characterized in that the phase shift on the phase shift elements is provided by applying a control voltage to the phase shift elements, causing a local change in the refractive index in the region of this element due to the thermo-optical, electro-optical or piezoelectric effect.
RU2019127402A 2019-08-30 2019-08-30 N-channel linear converter of electromagnetic signals and method of realizing multichannel linear conversion RU2723970C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127402A RU2723970C1 (en) 2019-08-30 2019-08-30 N-channel linear converter of electromagnetic signals and method of realizing multichannel linear conversion
PCT/RU2020/050210 WO2021040579A1 (en) 2019-08-30 2020-08-30 Method and device for the multi-channel linear transformation of electromagnetic signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127402A RU2723970C1 (en) 2019-08-30 2019-08-30 N-channel linear converter of electromagnetic signals and method of realizing multichannel linear conversion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723970C1 true RU2723970C1 (en) 2020-06-18

Family

ID=71096010

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019127402A RU2723970C1 (en) 2019-08-30 2019-08-30 N-channel linear converter of electromagnetic signals and method of realizing multichannel linear conversion

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2723970C1 (en)
WO (1) WO2021040579A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783222C1 (en) * 2021-12-29 2022-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method for filtering photons from the residual radiation of coherent pumping

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6507733B1 (en) * 1998-12-18 2003-01-14 Sony International (Europe) Gmbh Three port junction receiver
RU2381628C2 (en) * 2007-04-28 2010-02-10 Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." Method for signal transmission-reception in radio communication system with n transmission channels and m reception channels
RU2621605C2 (en) * 2015-10-02 2017-06-06 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Quantum key distribution network
CN109477938A (en) * 2016-06-02 2019-03-15 麻省理工学院 Apparatus and method for optical neural networks

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6507733B1 (en) * 1998-12-18 2003-01-14 Sony International (Europe) Gmbh Three port junction receiver
RU2381628C2 (en) * 2007-04-28 2010-02-10 Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." Method for signal transmission-reception in radio communication system with n transmission channels and m reception channels
RU2621605C2 (en) * 2015-10-02 2017-06-06 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Quantum key distribution network
CN109477938A (en) * 2016-06-02 2019-03-15 麻省理工学院 Apparatus and method for optical neural networks

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783222C1 (en) * 2021-12-29 2022-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method for filtering photons from the residual radiation of coherent pumping

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021040579A1 (en) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xie et al. Highly compact and efficient four-mode multiplexer based on pixelated waveguides
Fontaine et al. Photonic lanterns, 3-D waveguides, multiplane light conversion, and other components that enable space-division multiplexing
Fazea et al. Selective mode excitation techniques for mode-division multiplexing: A critical review
CN103532604B (en) Based on the Wave-packet shaping network able to programme of light WDM technology
Zhang et al. SDM transmission of orbital angular momentum mode channels over a multi-ring-core fibre
Zahidy et al. Photonic integrated chip enabling orbital angular momentum multiplexing for quantum communication
CN103746745A (en) Wide-range optical delay device
García et al. Dispersion-diversity multicore fiber signal processing
Kong et al. Achromatic broadband multi‐layer diffraction mode multiplexing
Liang et al. Low-insertion-loss femtosecond laser-inscribed three-dimensional high-density mux/demux devices
RU2723970C1 (en) N-channel linear converter of electromagnetic signals and method of realizing multichannel linear conversion
RU2734454C1 (en) N-channel linear converter of electromagnetic signals
US12174417B2 (en) Checkerboard imager and implementation method therefor
RU2745979C1 (en) Error-resistant multichannel polarizing converter of electromagnetic signals
CN105116488A (en) Optical power beam splitter
US10094980B2 (en) Three-dimensional space-division Y-splitter for multicore optical fibers
CN112596166B (en) An Optical Signal Sampling Pulse Generator Based on Time-Mode Interleaving
Haque et al. Investigation of coupling loss caused by misalignment in optical fiber
CN114114534A (en) Optical pulse time delay device
Liu et al. Ultra-Compact On-Chip Silicon Photonic Polarization-and Wavelength-Selective Switch
CN102879025A (en) Fiber Bragg grating sensing device
RU2702806C1 (en) Method for linear optical signal conversion and an interferometer which realizes such conversion
Jia et al. An approach for increasing user capacity of OCDMA system based on vernier effect
Kumar et al. Construction and generation of OCDMA code families using a complete row-wise orthogonal pairs algorithm
Zhao et al. Wavelength division multiplexers/demultiplexers for optical interconnects in massively parallel processing